ДЕМПФЕР СУХОГО ТРЕНИЯ Российский патент 2004 года по МПК F16F7/08 

Изобретение относится к технике защиты людей и оборудования от вредного воздействия вибрации и ударов. Оно может быть использовано также в виброзащитных подвесках сидений человека - оператора, работающего в транспортных средствах, подверженных воздействию вибрации и многократных ударных воздействий.

Известны канатные виброизоляторы ([1] стр.39, рис.2.2 е], состоящие из основания, постели, к которой крепится изолируемый от вибрации и ударов объект, и упругого подвеса, выполненного из отрезков каната (далее троса). Концы каждого отрезка троса закреплены во втулках, которые размещены в цилиндрических отверстиях, выполненных в основании или постели с возможностью продольного перемещения. Подвижное соединение втулки с боковой поверхностью отверстия образуют демпфер сухого трения. Рассеяние энергии вибрации или удара происходит за счет внешнего трения при продольном перемещении втулки по боковой поверхности отверстия, во время относительных перемещений основания и постели.

Недостатком данной конструкции демпфера является нестабильность контакта при вибрационных перемещениях втулки по боковой поверхности отверстия и, как следствие, нестабильность диссипативных (рассеивающих энергию вибраций) свойств демпфера. При этом не предусмотрены устройства, обеспечивающие постоянство контакта втулки и боковой поверхности отверстия, а также устройства для регулировки диссипативных свойств демпфера.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является демпфер сухого трения в составе виброзащитной подвески сиденья [2].

Демпфер выполнен в виде отрезка троса, один конец которого шарнирно закреплен в подвесной опоре, а другой конец оснащен лепестковой пружиной, лепестки которой прижаты к боковой поверхности отверстия, выполненного во втулке, неподвижно соединенной с несущей опорой. Эта опора неподвижно прикрепляется к вибрирующему основанию. На подвесной опоре размещается изолируемый от вибрации объект. Несущая и подвесная опоры соединены между собой упругим подвесом.

В прототипе стабилизация диссипативных свойств демпфера обеспечивается за счет постоянного упругого прижатия лепестков пружины к боковой поверхности втулки.

Недостатком прототипа является то, что отсутствует регулировка диссипативных свойств демпфера. Необходимость такой регулировки возникает при изменении массы изолируемого от вибрации объекта. Например, в прототипе эффективная виброзащита должна обеспечиваться для операторов различной массы, которая может изменяться в 1,5-2 раза.

Рассмотрим теоретические возможности регулировки диссипативных свойств демпфера сухого трения.

Известно, что относительный коэффициент демпфирования, характеризующий диссипацию (рассеяние) энергии колебаний

где b - коэффициент (неупругого) сопротивления,
b_кр - критический коэффициент сопротивления,
k - коэффициент жесткости (упругого сопротивления) упругого подвеса,
m - суммарная масса подвесной опоры и изолируемого от вибрации объекта.

В случае сухого (кулоновского) трения эквивалентный коэффициент сопротивления

где μ- коэффициент трения,
N - сила нормального давления в контакте лепестковой пружины с боковой поверхностью отверстия,
А и ω- соответственно амплитуда и частота колебаний изолируемого от вибрации объекта (Подробности в книге [3], стр.73-75, формула (е); стр.79-83, формулы (м), (1.51). Названия терминов и условные обозначения приведены в соответствии с ГОСТ 24346-80 и сборником рекомендуемых терминов [4]. В частности, принято с≡b, с_кр=b_кр).

Из (1) и (2) следует, что

Из формулы (3) видно, что при прочих равных условиях увеличение массы изолируемого объекта (m) приводит к уменьшению относительного коэффициента демпфирования (γ). Это ведет к увеличению амплитуды колебаний (А) изолируемого объекта ([3], стр.74-75, рис.1.33). В результате динамическое равновесие (установившиеся вынужденные колебания изолируемого объекта) наступает при большей амплитуде колебаний.

С другой стороны, из (3) следует, что влияние изменения массы изолируемого от вибрации объекта на диссипативные свойства демпфера (γ) можно скомпенсировать соответствующим увеличением или уменьшением силы нормального давления (N), а значит и силы трения, определяющей рассеяние энергии колебаний.

Таким образом, возникает техническая задача создания демпфера сухого трения с возможностью регулировки силы нормального давления в паре трения.

В прототипе эта сила создается силой упругости лепестков лепестковой пружины. В предлагаемом изобретении поставленная задача решена размещением внутри лепестковой пружины упругой втулки (втулки из упругого материала, например резины). Боковая поверхность упругой втулки прижата к лепесткам пружины. Вследствие этого усилия нормального давления лепестков на боковую поверхность отверстия возрастают. Эти усилия можно увеличить или уменьшить за счет уменьшения или увеличения осевого сжатия упругой втулки с помощью регулировочного устройства. Регулировочное устройство предложено выполнить в виде резьбового стержня, пропущенного через центральное отверстие упругой втулки. Один конец резьбового стержня закреплен в месте крепления лепестковой пружины к отрезку троса. На другом конце резьбового стержня установлена регулировочная гайка. Навинчивание регулировочной гайки увеличивает осевое сжатие упругой втулки, что приводит к увеличению силы прижатия ее боковой поверхности к лепесткам пружины и, следовательно, к увеличению силы (N) нормального давления лепестковой пружины на боковую поверхность отверстия. Свинчивание гайки уменьшает указанную силу N. Таким образом, регулируются диссипативные свойства предлагаемого демпфера, как это следует из формулы (3).

Сопоставительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод, что заявляемый демпфер сухого трения обладает следующими существенными признаками.

1. Внутри лепестковой пружины размещена втулка из упругого материала (упругая втулка).

2. Боковая поверхность упругой втулки прижата к лепесткам пружины с помощью устройства регулировки усилия прижатия.

3. Устройство регулировки усилия прижатия выполнено в виде резьбового стержня, пропущенного через центральное отверстие упругой втулки.

4. Один конец резьбового стержня закреплен в месте крепления лепестковой пружины.

5. На другой конец резьбового стержня навинчена гайка для удержания упругой втулки и регулировки ее осевого сжатия.

Заявителем просмотрена техническая литература УДК 628.517; 534(07); 534.1(075-8) и патенты по М. Кл. В 60 N 2/50; F 16 F 7/08.

Анализ известных технических решений в исследуемой области позволяет сделать вывод об отсутствии в них существенных признаков, сходных с новыми существенными признаками заявляемого демпфера сухого трения.

Предложенная совокупность отличительных, существенных признаков представляет новое решение поставленной задачи и соответствует изобретательскому уровню.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежом, на котором показан продольный разрез демпфера сухого трения, установленного в системе виброзащиты с упругим подвесом (на чертеже не показан).

Демпфер сухого трения содержит втулку 1, прикрепленную к вибрирующему основанию 2 непосредственно или через промежуточное тело, жестко связанное с основанием 2 (в прототипе это промежуточное тело - несущая опора). В отверстие втулки 1 введена лепестковая пружина 3. Консольные концы лепестков пружины 3 упруго прижаты к боковой поверхности центрального отверстия втулки 1.

Лепестковая пружина 3 прикреплена к одному концу отрезка троса 4 с помощью специальной гайки 5. Второй конец отрезка троса 4 с помощью сферического шарнира 6 присоединен к изолируемому от вибрации объекту 7 непосредственно или через другое промежуточное твердое тело, жестко связанное с объектом 7 (В аналоге это промежуточное тело - постель, в прототипе - подвесная опора).

Внутри лепестковой пружины 3 размещена упругая втулка 8, боковая поверхность которой прижата к лепесткам пружины 3. Через центральное отверстие упругой втулки 8 пропущен резьбовой стержень 9. Один конец стержня 9 присоединен к отрезку троса 4 в месте крепления лепестковой пружины 3. На другой конец навинчена регулировочная гайка 10 и контргайка 11. С помощью гайки 10 через шайбу 12 обеспечивается необходимое осевое сжатие упругой втулки 8. Контргайка 11 фиксирует определенное положение гайки 10 на стержне 9. Величина осевого сжатия упругой втулки 8 определяется экспериментально, исходя из условия обеспечения заданного коэффициента демпфирования (формула 3).

Упругая втулка 8 выполняется из резины или другого упругого материала.

Центральное отверстие втулки 1 может быть выполнено цилиндрическим (как в аналоге) или в виде двух усеченных круговых конусов, которые соединены между собой большими диаметрами (как в прототипе).

В статических условиях (при отсутствии вибрации) изолируемый от вибрации объект 7 удерживается на определенном расстоянии Н относительно основания 2 с помощью упругого подвеса (на чертеже не показан). При этом консольные концы лепестковой пружины 3, прижатые к боковой поверхности центрального отверстия втулки 1, должны находиться в среднем положении (как показано на чертеже).

Работает демпфер следующим образом. При действии вибрации на основание 2 вместе с ним будет совершать колебания втулка 1 демпфера. Через упругий подвес (на чертеже не показан) вибрация будет передаваться изолируемому объекту 7, который тоже будет совершать колебания. При колебаниях объекта 7 относительно основания 2 в околорезонансной области расстояние Н между ними будет изменяться. При этом прижатые концы лепестков лепестковой пружины 3 будут перемещаться трением по боковой поверхности центрального отверстия втулки 1. Энергия колебаний объекта 7 будет рассеиваться при трении и преобразовываться в тепло. Вследствие этого будет уменьшаться амплитуда колебаний объекта 7. Предварительная регулировка диссипативных свойств предлагаемого демпфера сухого трения позволяет обеспечить оптимальные условия диссипации для различных по массе изолируемых от вибрации объектов 7.

Источники информации
1. Горбунов В.Ф., Резников И.Г. Канатные виброизоляторы. -Новосибирск: Наука, 1988.

2. А.С. 2136516, М. Кл. 6 В 60 N 2/02. Никифоров И.С., Остроменский П.И. , Остроменская В.А., Никифоров А.И., Колбасенко В.В. Виброзащитная подвеска сиденья.

3. Тимошенко С.П., Янг Д.Х., Уивер У. Колебания в инженерном деле. - М.: Машиностроение, 1985.

4. Механические колебания. Основные понятия. Терминология. Буквенные обозначения величин. М.: Наука, 1987 (Термины 37-40, буквенные обозначения - с.21-22).

Изобретение относится к технике защиты людей и оборудования от вредного воздействия вибрации и ударов. Сущность изобретения заключается в том, что демпфер сухого трения содержит втулку с узлом крепления к виброизолирующему основанию и отрезок троса. На одном конце троса закреплена лепестковая пружина, лепестки которой прижаты к боковой поверхности отверстия во втулке. Другой конец троса оснащен узлом крепления к изолируемому от вибрации объекту. Внутри лепестковой пружины размещена втулка из упругого материала, боковая поверхность которой прижата к лепесткам пружины с помощью устройства регулировки усилия прижатия. Техническим результатом является создание демпфера сухого трения с возможностью регулировки силы нормального давления в паре трения. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Демпфер сухого трения, содержащий втулку с узлом крепления к виброизолирующему основанию и отрезок троса, на одном конце которого закреплена лепестковая пружина, лепестки которой прижаты к боковой поверхности отверстия во втулке, другой конец троса оснащен узлом крепления к изолируемому от вибрации объекту, отличающийся тем, что внутри лепестковой пружины размещена втулка из упругого материала, боковая поверхность которой прижата к лепесткам пружины с помощью устройства регулировки усилия прижатия.2. Демпфер сухого трения по п.1, отличающийся тем, что устройство регулировки усилия прижатия выполнено в виде резьбового стержня, пропущенного через центральное отверстие втулки из упругого материала, один конец резьбового стержня закреплен в месте крепления лепестковой пружины к отрезку троса, а на другой конец резьбового стержня навинчена регулировочная гайка для обеспечения заданного осевого сжатия втулки из упругого материала.